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1、2.1 水准测量原理,1. 水准测量基本原理 目的:测定两点的高差 仪器:水准仪 原理:利用水准仪提供的水平视线对竖立在两点之 间的水准尺进行 观测 ,并通过其 中一个点(M点) 的高程推算另一 个点(N点)的高 程。,2. 水准测量观测方法,(1)高差法: 在M、N两点间安置水准仪,在M、N两点分别竖立水准尺,利用水准移的水平视线分别读取M点、N点上的读数a、b,则两点的高差为,则N点的高程HN为 a:后视读数(后视观测读数); b:前视读数(前视观测读数)。 M:后视点 N:前视点,永远是后视减前视,(2)视线高法(单站多测法) 安置一次仪器可以测算多个点高程的方法。首先算出水准仪的视线高
2、程Hi,然后分别计算出各个点的高程:,bj为第j个前视点的读数, Hj为第j个前视点的高程。 这种方法常用于路线纵 断面测量。,3. 连续水准测量(路线水准测量),应用前提:两待测点之间距离较远、高差较大,或中间有障碍。 方法:加设若干个临时立尺点(称为转点ZD),依此测定相邻两个点的高差,取各高差的代数和即得到起终两个点的高差。,则M、N两点的高差为,4. 提高精度的观测方法 “中间法”观测:各测站前、后视线长度大致相等,2.2 水 准 仪,1. 水准仪:提供水平视线(平行大地水准面)的设备 2. 水准仪类型: (1)微倾式水准仪 (2)自动安平水准仪 (3)电子水准仪 3. 水准仪的表示方
3、法(国产仪器) DSn:D表示大地测量S表示水准仪,n为数字表示仪器精度,数值n越小,表示仪器精度越高。如DS0.5,表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或等于0.5mm,4. 常用水准仪的等级划分及主要用途,5. 水准仪的主要结构组成 主要为三部分: (1)望远镜 (2)水准器 (3)基座 其中望远镜为主要组成部分。下图为WILD NAK-0X型水准仪(由北京测绘仪器厂组装),6. 望远镜组成及其成像原理,望远镜由物镜、目镜、对光凹透镜和十字丝四个主要部分组成。 成像原理:目标经过物镜和对光凹透镜的作用,在镜筒内造成倒立、缩小的实像,通过调节对光凹透镜,就可以使像清晰地成在十字丝平面上
4、。 (望远镜的放大倍数),视准轴,目镜的作用:放大,人眼经过目镜,可以看到目标的小实像与十字丝一起放大了的虚像。 十字丝的作用:提供照准目标的标准。其中心交点和物镜光心的连线称为视准轴,即视线。玻璃片上的上、下短丝称为视距丝。水准测量就是当视线水平时,用中间横丝截取水准尺读数。 视准轴:十字丝中央交点和物镜 光心的连线 (水准仪四条轴线 之一) 竖轴:望远镜底部与基座相连的 轴的中心线。 (水准仪四条轴 线之一),7. 水准器,(1)水准器的用途: 衡量视线是否水平、竖轴是否铅垂的标志。 (2)水准器种类:水准盒及水准管 水准盒用于粗调整平,水准管则用于精密整平,(3)水准盒轴线:水准盒顶面中
5、心(水准盒零点)的球面法线(水准仪四条主要轴线之一) (4)水准管轴线: 过水准管圆弧中心点(水准管零点)与顶面圆弧内壁相切的直线(水准仪四条主要轴线之一) (5)水准器灵敏度: 用分划值表示,即当气泡移动2mm时,水准盒(管)轴相应倾斜的角度,8. 水准尺,用途:用于水准测量的目标点观测 种类:塔尺和板尺两种。塔尺是可以伸缩的 塔尺一般长3米,由三节组成。板尺一般2米。 水准尺的刻度与标注:,精度比较:板尺精度高于塔尺。 用 途:板尺一般常用于三、四等水准测量,而塔尺则用于等外水准测量。 使用注意事项:使用前应认清尺子刻划线与数字之间的位置关系,是否为正、倒数字,尺底的数值。对于塔尺,当使用
6、两节以上时应注意两节接口位置是否对准、卡簧是否卡住。,2.3 水准仪使用方法,仪器 安放整平,对光照准 消除视差,照准读数,三角架 脚螺旋,目、物镜 对光螺旋,脚架张开 角度勿太 大或太小,不可对准 太阳,水平微调 螺旋,刻度大小 正、倒像,注意:如何辨别及消除视差?,用脚螺旋整平仪器,视差存在的根本原因: 目标像和十字丝 分划板不重合!,水准尺读数方法:,2.375m,2.4 水准测量的实施,1. 水准点及其选择 水准测量必须要有已知水准点(即其高程已知的点,用BM表示,如BM0、BM1等) 水准点选择:结合测区内水准点的分布情况、被测点的分布以及地形地势情况、所采取的路线形式选择。 水准点
7、类型:永久性和临时性 水准点制成:依永久性及临时性水准点而制做。,2. 水准路线布置 (1)闭合水准路线 高差闭合差: (2)附合水准路线 高差闭合差:,附合水准路线,闭合水准路线,3,(3)支水准路线:从一水准点出发,沿线测量各待定点,其线路既不闭合到原来的已知点,也不附合到另一已知点。而是通过往返观测来检查观测差。理论上往返高差应为绝对值相等而符号相反。 (4)结点水准网:由若干条单水准路线相互连接而成的图形。可分为附合水准网及独立水准网。,3. 水准测量施测,(1)观测与记录:采用连续水准路线测量方法进行测量。点与点之间的距离大小取决于通视条件、读数清晰度以及保证视线在尺子范围内,一般为
8、50100米。注意:待测点必须要立尺观测。对每一测站分别记录后视读数及前视读数。注意:记录方法,(2)测量结果校核,1)计算校核:检查计算结果有无错误:高差计算结果;采用公式是否正确等。 2)测站校核:对每一站的观测和记录都及时地在现场进行校核。校核方法有:变动仪器高法、双面尺法或双仪器法; 3)路线校核:根据计算的闭合差,与规定的允许误差比较,判断观测精度是否合格。 平地 (L 为水准路线总长度km) 山地 (n为测站总数),4. 水准测量的高程计算,(1)高差闭合差计算 计算闭合差及闭合差允许值,写在“路线校核”栏内。 (2)高差闭合差分配及高程计算 当导线闭合差满足技术要求时,可进行闭合
9、差分配。分配的原则:改正数v与测站数n(或路线长度L)成正比,与闭合差反号,即 各点高程值 H0:已知点的高程,Hi为改正前的高程值。,2.5 水准测量的误差来源及削减措施,仪器误差(水准 仪、水准尺),观测误差(视差、 估读、气泡、尺倾斜),外界条件影响 (设备下沉、地球 曲率、大气折光等),1. 校正仪器 2. 偶数测站数观测,1. 消除视差 2. 相同人观测 3. 严格调平仪器 4.立尺竖正,1. 往返观测取平均 2. 控制前后视点距离 3. 选择良好气候观测 4.视线尽量高于地面,2.6 水准仪校验,1. 水准仪轴线几何关系 (1)水准盒轴平行竖轴; (2)十字丝横丝垂直竖轴; (3)
10、水准管轴平行视准轴。,2. 检验方法: (1)检验水准盒轴与竖轴是否平行: 调平水准盒气泡居中,然后旋转望远镜180度,若气泡依然居中则两轴平行。 (2)检验十字丝横轴与竖轴是否垂直: 将十字丝横丝左端对准某一目标,旋转水平微动螺旋使目标移到十字丝的右端,若目标依然位于十字丝横丝上则表明两轴垂直。 (3)检验水准管轴是否平行视准轴: 在已知高差的两点间架设仪器,并使仪器距两点之间的距离悬殊,首先在其中一个点立尺观测读数a,并根据a计算出仪器对另一点的应该读数b。然后对其进行观测读数得b,利用b、b及两测点之间的距离DMN可以计算出两轴线的夹角 (单位为秒) , 若 大于20秒 不平行。,2.7 其它用于水准测量的仪器,1.精密水准仪 光学测微器+精密水准尺 2.自动安平水准仪 自动补偿装置,补偿视准轴出现轻微倾斜带领的误差。 3.电子水准仪(数字水准仪) 分光镜和探测器+条纹编码标尺+图象处理电子系统。自动读数、记录和计算。 4.激光水准仪 激光发射器,测定激光双程走时计算两点间的距离。 5.全站测量仪 光学理论+几何理论+计算机理论+计算方法。可在一个 测站上同时测角(水平角和竖直角)和测距(斜距、水 平距离和高差),并能自动计算出待测点的三维坐标。,